Análisis Solar en un CPP

Un punto fundamental en la ecuación de rendimiento de un colector, que es algo así
como el DNI de un colector y nos da una idea de lo bueno o malo que es.

EL COLECTOR COMO ELEMENTO TÉRMICO

Hemos visto en temas anteriores que un colector transforma la energía de radiación en energía térmica, por lo que nos interesará conocer el rendimiento que este puede darnos, es decir, la relación entre la energía obtenida y la recibida.
Para el estudio simple de cualquier maquina térmica siempre se trabaja con unas condiciones hipotéticas, que se mantendrán constantes a lo largo del tiempo.
Definiremos pues estos parámetros de funcionamiento para nuestro colector solar:

  • Radiación solar constante.
  • Flujo del fluido caloportador con un caudal constante.
  • El incremento entre las temperaturas de entrada (fría) y salida (caliente) será fijo, es decir, la temperatura de entrada y de salida permanecerán constantes.

A todos estos datos los llamaremos parámetros de operación en estado estacionario del colector.

Al estudiar el comportamiento de un colector necesitamos suponer unos valores medios constantes para todos los parámetros que intervienen en este.

BALANCE ENERGÉTICO

El balance energético de un colector plano es el siguiente:

balance de energia

La energía realmente absorbida por unidad de tiempo en un colector de placa plana es ταSI.

energia perdida

La energía perdida por unidad de tiempo en un colector de placa plana es SU(tºc-tºa).

Por lo tanto:
temperatura calculoLa temperatura media de la placa absorbedora es difícil de calcular y para conocerla con precisión deberíamos medirla directamente mediante varios sensores térmicos convenientemente distribuidos. Por el contrario, sí podemos conocer con bastante exactitud la temperatura media tºm del fluido caloportador en el instante en que este circula por el colector, bajo el absorbedor sin más que hallar la media entre la temperatura de dicho fluido a la entrada, t°e y a la salida, t°s, del colector.

Esquema para el cálculo de la temperatura media tm
Esquema para el cálculo de la temperatura media tm

El caso ideal en un colector es que toda la energía proveniente de las radiaciones solares recogidas en el absorbedor pasaran íntegramente al fluido caloportador.
Esto se daría en el caso de encontrar un material con una conductividad térmica infinita, es decir que toda la radiación se transmitiera en forma de calor.
El caso ideal de rendimiento perfecto nunca va a poder darse debido a estos motivos:

  • La conductividad térmica de los materiales nunca va a ser suficientemente grande, ni en los mejores materiales.
  • Siempre existirá una pequeña diferencia de temperaturas entre la cara del absorbedor presentada al sol y la presentada al fluido caloportador.
  • Existen perdidas térmicas por conducción, convección y radiación, aunque estas sean muy pequeñas.

¿Te has dado cuenta?
En el caso ideal de un colector con un absorbedor con una conductividad térmica infinitamente grande su rendimiento será 1.

sustituir temperaturaConocida como ecuación de Bliss, en la que el coeficiente de pérdidas U se transforma en UL mediante la equivalencia UL = FRU.

El factor de eficacia depende del caudal (Q) del fluido caloportador, espesor (e) de la placa y del material con la que esta hecha entre otros (x).

FR ≈ f(Q,e,x)

Es erróneo pensar que la eficacia dependa de la temperatura media (tm) del fluido a calentar y de la radiación (R) recibida.

FR ≠ (tm,R)

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